第05章数据通信技术.ppt

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1、第部分第部分 工业数据通信基础工业数据通信基础 第第5 5章章 数据通信技术数据通信技术 第第6 6章章 传输介质传输介质 第第5 5章章 数据通信技术数据通信技术 5.1 引引 言言（几个概念）（几个概念）数据数据(data)信息的载体、表现形式；信息的载体、表现形式；数值、文本、话音、图形和图像等；数值、文本、话音、图形和图像等；模拟数据和数字数据模拟数据和数字数据。信号信号(signal)数据是通过物理信号进行传输数据是通过物理信号进行传输,用其特征参数表用其特征参数表示数据；示数据；模拟信号和数字信号。模拟信号和数字信号。第第5 5章章 数据通信技术数据通信技术5.1 引引 言言（几个

2、概念）（几个概念）信道（信道（channel）信号在信道上传输；信号在信道上传输；指传输介质及线路中恢复信号的装置：指传输介质及线路中恢复信号的装置：如中继器、集线器等；模拟信道和数字信道模拟信道和数字信道。数据通信数据通信(data communication)计算机网络使用的通信技术计算机网络使用的通信技术,数字数据。数字数据。5.2 5.2 数据传输方式数据传输方式 5.2.1 单工、全双工和半双工传输单工、全双工和半双工传输 单工传输单工传输(simplex transmission):只有一个方向不变的单向通道连接了两个设备只有一个方向不变的单向通道连接了两个设备,如打印机等。如打印

3、机等。全双工传输全双工传输(duplex transmission):两设备之间可以同时在两个方向上传输数据两设备之间可以同时在两个方向上传输数据,这里所说的两这里所说的两条不同方向的传输通道是个逻辑概念。条不同方向的传输通道是个逻辑概念。半双工传输半双工传输(half-duplex transmission)：两个设备之间虽然有两个通信通道两个设备之间虽然有两个通信通道,但是在任何一段时间中但是在任何一段时间中,只能有一个设备发送数据只能有一个设备发送数据,另一个设备接收数据。另一个设备接收数据。如电话通信、现场总线控制网络。如电话通信、现场总线控制网络。5.2.2 5.2.2 异步传输和同

4、步传输异步传输和同步传输1.同步同步 同步问题是数据通信有一个重要问题同步问题是数据通信有一个重要问题,同步包含了两个方面的要求：同步包含了两个方面的要求：接收方基准时钟起始位置必须和收到的位串的起始位置对准,即帧同步、字符同步；接收方基准时钟要和位串每一位对准,即位同步。实现帧同步和字符同步的方法：实现帧同步和字符同步的方法：一般是在帧和字符前后增加标志字符和标志位。实现位同步有两种方法：实现位同步有两种方法：外同步（时钟信号线、数据传输线）;内同步（时钟和数据一起编码）。5.2.2 5.2.2 异步传输和同步传输异步传输和同步传输(续续1)1)2.异步传输异步传输(asynchronous

5、 transmission)位同步：位同步：通信双方使用独立的定位时钟通信双方使用独立的定位时钟,但约定但约定同样的传输速率同样的传输速率；字符同步：字符同步：以字符为单位进行数据传输以字符为单位进行数据传输,每一个字符前后各加一个每一个字符前后各加一个起起始位始位和一个和一个停止位停止位；传输速率常用传输速率常用：300、600、1200、2400、3600、9600和和19200 b/s；RS-232C接口接口,使用异步传输方式。使用异步传输方式。5.2.2 5.2.2 异步传输和同步传输异步传输和同步传输(续续2)2)图图5.1 异步传输异步传输 的字符格式的字符格式 起始位起始位“0”

6、,1比特：比特：标志着字符的开始标志着字符的开始,引起接收方的注意引起接收方的注意,准备接收后面的有准备接收后面的有效字符；效字符；停止位停止位“1”,12比特：比特：标志着传送字符的结束标志着传送字符的结束,使接收方有一个缓冲处理的时间；使接收方有一个缓冲处理的时间；Bit1Bit7是是7比特的字符：比特的字符：有有5、6、7及及8比特；比特；奇偶校验位奇偶校验位:易于实现易于实现,编码效率高编码效率高,但只能检测出奇数个错而不能检测但只能检测出奇数个错而不能检测出偶数个错。出偶数个错。起始位起始位Bit1 Bit2 Bit3 Bit4Bit5Bit6 Bit7Bp停止位停止位5.2.2 5

7、.2.2 异步传输和同步传输异步传输和同步传输(续续3)3)3.同步传输同步传输(synchronous transmission)数据不是以字符而是数据不是以字符而是以帧以帧(frame)为单位为单位进行传送；进行传送；帧同步帧同步：帧定界符帧定界符；位同步位同步：通信双方使用：通信双方使用同一时钟同一时钟发送与发送与接收；接收；适用于适用于快速的和较大规模快速的和较大规模的信息传输，的信息传输，以太网以太网中应用；中应用；5.2.2 5.2.2 异步传输和同步传输异步传输和同步传输(续续4)4)3.同步传输同步传输(synchronous transmission)(续续1)同步传输有同步

8、传输有两种方式两种方式：面向字符和面向位。：面向字符和面向位。面向字符面向字符的同步传输方式：的同步传输方式：20世纪60年代采用的传输方式;通信链路上所传送的数据是由选定的字符集中字符所组成,如ASCII码字符集;不仅正文由字符集中的字符组成,控制信息也是由同个字符集中若干个指定的字符组成;存在一些缺点,比如它要求所有的通信设备都要使用同样的字符代码。5.2.2 5.2.2 异步传输和同步传输异步传输和同步传输(续续5)5)3.同步传输同步传输(synchronous transmission)(续续2)面向位面向位的同步传输方式：的同步传输方式：1974、IBM、SNA(System Ne

9、twork Architecture);在SNA数据链路层采用了面向位的传输规程同步数据链路控制SDLC(Synchronous Data Link Control);后来ISO把SDLC修改,称为高级数据链路控制HDLC(High level Data Link Control),作为国际标准ISO3309;HDLC和SDLC具有相同的帧结构。5.2.2 5.2.2 异步传输和同步传输异步传输和同步传输(续续6)6)HDLC帧格式帧格式（图（图5.2）比特比特 8 8 8 可变可变 16 8 帧同步帧同步：在一帧的首尾附加有标识符：在一帧的首尾附加有标识符“01111110”,1字节字节 零

10、比特填充法零比特填充法：数据中遇：数据中遇5个个“1”,插入插入“0”地址字段地址字段：目的地址：目的地址,全全“1”为广播为广播 控制字段控制字段:帧的性质和类型帧的性质和类型,数据帧、应答数据帧、应答帧和命令帧等帧和命令帧等 帧校验序列帧校验序列FCS:循环冗余校验循环冗余校验CRC码码 01111110地址地址控制控制数数 据据FCS011111105.2.3 5.2.3 频带传输与基带传输频带传输与基带传输1.频带传输频带传输 数字数字数据转换成数据转换成模拟模拟信号信号(调制调制),借助于借助于模模拟信道拟信道(电话传输系统电话传输系统)进行传输。进行传输。FDM(Frequency

11、DivisionMultiplexing):频带传输可利用频分多路复用FDM实现多路复用,提高传输信道的利用率。基本原理是将多路数字信号的每一路用不同的载波频率进行调制,每一路信号调制后占用信道的不同频段,互不重叠干扰,从而实现在一条电缆上进行多路信号的传输。5.2.3 5.2.3 频带传输与基带传输频带传输与基带传输(续续)2.基带传输基带传输 对应于频带传输的另一种传输方式对应于频带传输的另一种传输方式;基带基带(base band):数字数据不经调制进行编码变成的数字信号所占用的频带,频谱一般从0开始;在数字数据传输前需进行编码在数字数据传输前需进行编码,转换为数字传输转换为数字传输信号

12、信号,然后用数字信道进行传输：然后用数字信道进行传输：即用不同的电平和波形来代表数字“0”和“1”；可利用可利用TDM(Time Division Multiplexing)实现实现多路复用多路复用,提高传输信道利用率提高传输信道利用率。5.3 5.3 数据转换技术数据转换技术5.3.1 调制解调技术调制解调技术频带传输必须先将频带传输必须先将数字数据数字数据转换为转换为模拟信号模拟信号;调制调制(modulation),解调解调(demodulation);载波载波(carrier)：正弦波正弦波 三种调制方法：三种调制方法：*幅移键控法幅移键控法ASK（Amplitude Shift Ke

13、ying）*频移键控法频移键控法FSK（Frequency Shift Keying）*相移键控法相移键控法PSK（Phase Shift Keying）S(t)=A sin(t+f)图图5.3 5.3 数字数据的数字数据的3 3种调制方法种调制方法幅移键控法幅移键控法ASK/幅度调制法幅度调制法:容易容易受增益变化受增益变化的影响；的影响；调制解调器很少采用调幅方式。调制解调器很少采用调幅方式。频移键控法频移键控法FSK/频率调制法频率调制法:一般情况下一般情况下,“1”载波频率变为载波频率变为f+f0,“0”载波频载波频率变为率变为f-f0,其中其中f为中心频率为中心频率,f0为频移量；为

14、频移量；实现简单实现简单,可靠性高可靠性高,用于用于频率不高频率不高的调制解调器；的调制解调器；一个例子：美国一个例子：美国Bell-103 modem。图图3.45.3.1 5.3.1 调制解调技术调制解调技术图图5.4 频率调制解调器频率调制解调器Bell-103(1170100Hz及 2150 100Hz1)采用采用全双工全双工的传输方式；的传输方式；在每个通道上在每个通道上,通信双方都可以主动地启动一次通信过程。通信双方都可以主动地启动一次通信过程。相位调制法相位调制法:二相二相调制调制(图图5.3c)：相位是反相的：相位是反相的,差差180度。度。四相四相调制调制(表表5.1)：八相

15、八相调制调制(表表5.2)：数字数据数字数据00011011相位（度）相位（度）090180270数字数据数字数据000001010 011100101110111相位（度）相位（度）0 45901351802252703155.3.1 5.3.1 调制解调技术调制解调技术(续续)5.3.2 5.3.2 编码解码技术编码解码技术 编码（编码（coding）意义）意义：有利于接收端有利于接收端区分区分 0 与与 1;传输信号中传输信号中携带时钟携带时钟;充分利用信道充分利用信道,达到更高的数据传输速率。达到更高的数据传输速率。编码方法：编码方法：不归零制不归零制编码；编码；(差分差分)曼彻斯特曼

16、彻斯特编码编码;4B/5B(4 out of 5）编码编码;多进制多进制编码编码。数字数据已有了数字数据已有了1/0码值区别码值区别,为何不直接使用高为何不直接使用高/低电平加到物理信道上传输低电平加到物理信道上传输,而要编码呢而要编码呢?5.3.2 5.3.2 编码解码技术编码解码技术 (续续1)1)1.不归零制编码不归零制编码（Non-Return to Zero Coding）用不同的电平信号表示用不同的电平信号表示0/1,+5V表示“1”,0V表示“0”(单极性码),+5V表示“1”,-5V表示“0”(双极性码)。信号占满整个码元宽度信号占满整个码元宽度,中间不归零。中间不归零。问题：问题：难以区分0与1；须外同步方式,增加投资；直流分量：造成传输线路的电压漂移,导致信号的畸变,难以使用交流耦合的器件与电路。5.3.2 5.3.2 编码解码技术编码解码技术(续续2)2)2.曼彻斯特编码曼彻斯特编码（Manchester Coding）以太网使用；以太网使用；用相位跳变表示数字用相位跳变表示数字0/1（正跳变（正跳变/负跳变）负跳变）。优点：优点：自带时钟码自带时钟码（self-